Active Queue Management for Fair Resource Allocation in Wireless Networks

This paper investigates the interaction between end-to-end flow control and medium access control (MAC)-layer scheduling on wireless links. We consider a wireless network with multiple users receiving information from a common access point; each user suffers fading and a scheduler allocates the channel based on channel quality but is subject to fairness and latency considerations. We show that the fairness property of the scheduler is compromised by the transport-layer flow control of transmission control protocol (TCP) New Reno. We provide a receiver-side control algorithm, CLAMP, that remedies this situation. CLAMP works at a receiver to control a TCP sender by setting the TCP receiver's advertised window limit, and this allows the scheduler to allocate bandwidth fairly between the users.     

无线环境下具有实时约束的主动队列管理机制

实时流业务的超期丢包率是衡量无线网络传输过程服务质量的常用参数,但是该参数并不能反映出具有不同重要度的数据包对视频质量的影响。该文将实时传输流的数据包重要度与超期丢包率结合,提出加权超期丢包率的概念,更加准确地描述丢包与视频质量的关系,在无线环境下提出基于数据包不同重要度的适用于实时约束流的主动队列管理算法,通过主动丢弃数据包以最小化服务过程中实时流的加权超期丢包率。仿真结果表明,相比于传统的队列管理算法和实时视频流滤波器算法,该超期数据包主动丢弃算法能够有效降低加权超期丢包率,提供更好的服务质量,提高大约0.5~1.5 dB的峰值信噪比(PSNR)增益。     

一种适用于多跳Ad Hoc网络的增强型协作多址接入协议

 针对多跳Ad Hoc网络提出一种增强型协作多址接入协议.该协议联合考虑数据传输速率和隐藏终端对协作网络性能的影响,通过优化协议的握手规则和协同节点的选择策略,从而在不引入开销的条件下,有效提高了网络的饱和吞吐量并降低了业务的接入时延.另外,基于对节点行为及其所处状态概率的分析,本文建立了协作多址协议在多跳Ad Hoc网络中的饱和吞吐量分析模型,并给出相应的理论分析结果.最后,通过在多跳Ad Hoc网络中的大量仿真,评估了所提增强型协作多址接入协议和分析模型的性能.仿真结果表明:相对于已有的协作多址协议该协议能够有效提高网络的饱和吞吐量.此外,仿真结果和理论分析结果能够很好的匹配,从而也证明了分析模型的正确性和有效性.     

Design of Active Queue Management System for Scalable TCP in High Speed Networks

The Scalable Transmission Control Protocol (TCP), based on a multiplicative increase, multiplicative decrease congestion avoidance algorithm, has been proposed recently to overcome the inability of Standard TCP to utilize the full bandwidth in high speed networks. This paper employs a novel approach to derive a transfer-function model of Scalable TCP that is then employed in a control-theoretic design of random early detection (RED)-based active queue management (AQM) for such a network. Robust stability of the proposed scheme is established under prescribed conditions, and the design is validated by discrete-event simulations using the ns2 tool. This work was supported by a Gledden Visiting Senior Fellowship for the first author.     

一种基于速率和队列长度的主动队列管理机制

本文研究了拥塞产生的原因及其表现形式,提出了一种基于报文到达速率和队列长度的随机早丢弃算法(RQ).根据拥塞的严重程度和变化趋势将拥塞划分为六个级别,每个级别采用合适的丢弃概率,从而将队列控制在理想工作点附近.利用经典控制理论,分析了系统的稳定性,给出了参数配置的原则.最后,用NS网络仿真器对算法性能进行了验证.     

用户公平的活动队列管理

用户公平活动队列管理算法UFQ(User Fair Queuing)的目标是在各种网络环境中都能为所有的用户提供满意度一致的服务.UFQ采用在网络边缘标记用户所属数据报的期望服务满意度u,在网络核心根据数据报的满意度高低,结合当前数据报流经节点的拥塞程度,来决定数据报的丢弃或标记(使用ECN),从而获得不同用户一致满意的服务.UFQ不要求接纳控制和信令.它仅在网络边缘保持数据流的状态信息;只维护一个先进先出队列,通过拥塞时丢弃或标记较高满意度的数据报,在不同的用户之间公平地分配网络带宽,从而有效地控制、减轻拥塞.通过TCP/IP网络的模拟,证实了算法能够按照用户期望满意度公平地分配网络带宽,提高网络的服务质量.     

主动队列管理算法的分类器实现

作为端到端拥塞控制的增强机制,主动队列管理(AQM)通过在网络中间节点有目的地丢弃分组来维持较小的队列长度和较高的链路利用率.已有的大多数主动队列管理算法沿用了随机早期探测(RED)算法首创的概率丢弃机制.本质上,判决是否丢弃分组的过程是一个依赖于网络拥塞状态的决策过程,因此,概率决策不应该是唯一的方法.在本文的研究中,我们首先归纳了理想AQM算法所应具备的品质,然后应用模式识别中分类器的设计思想提出了一种新颖简洁的主动队列管理策略实现框架,并基于Fisher线性判别方法为AQM设计了一个两维两类分类器(TCC).仿真试验表明TCC有效、敏捷、鲁棒,扩展性好,同时实现简单,计算开销小,有利于高速路由器的性能优化.     

一种基于模糊逻辑的主动队列管理算法

主动队列管理 (ActiveQueueManagement,AQM)技术作为Internet拥塞控制的一种有效方法 ,对于提高In ternet的服务质量具有十分重要的作用 .本文根据TCP拥塞控制算法基于数据包丢失的窗口变化机制 ,设计了一种基于模糊逻辑的主动队列管理算法 .该算法依据路由器中队列长度的变化情况 ,根据一定的模糊自校正原则来调整数据包的丢弃概率 ,从而使路由器中的队列长度稳定在参考值附近 .仿真结果表明该算法不但十分有效 ,而且对不同的网络状况具有很好的适应能力 .     

E-BEB: Enhanced Binary Exponential Backoff Algorithm for Multi-hop Wireless Ad-hoc Networks

Binary exponential backoff algorithm is the de-facto medium access control protocol for wireless local area networks, and it has been employed as the standard contention resolution algorithm in multi-hop wireless ad-hoc networks. However, this algorithm does not function well in multi-hop wireless environments due to its several performance issues and technical limitations. In this paper, we propose a simple, efficient, priority provision, and well performed contention resolution algorithm called enhanced binary exponential backoff (E-BEB) algorithm for impartial channel access in multi-hop wireless ad-hoc networks. We also provide a simple and accurate analytical model to study the system saturation throughput of the proposed scheme. Simulations are conducted to evaluate the performance of E-BEB algorithm. The results show that the E-BEB algorithm can alleviate the fairness problem and support multimedia transmission in multi-hop wireless environments.     

基于区分服务AF PHB的主动队列管理机制

AFPHB的实现机制是区分服务的重要研究课题。文章对区分服务中AFPHB的主动队列管理算法进行了研究，分析了几种算法在平均队长和丢弃概率计算上的差别，探讨了WRED和RIO算法对低丢弃优先级包的保护能力。为了更好地满足AFPHB的要求，结合三色标记器提供的功能，提出了对不同丢弃优先级的包有区别处理的技术思想，并给出了实现算法。     

一种分层多跳无线网中的移动性管理策略

该文介绍一种分层多跳无线网与其他骨干网络互连情况下的网络层移动性管理方案。它使用了包含逻辑家乡代理的宏移动性管理和将位置管理与路由和寻呼机制结合起来的微移动性管理的思想,以提高网络在战场等特殊情况下使用的可靠性和抗毁性,减小位置管理的开销,节省无线信道的带宽。     

一种基于动态阈值的主动队列管理算法

针对BLUE算法缺少早期拥塞检测机制,导致队列溢出或空闲现象频繁发生的问题,通过引进基于动态阈值算法的控制机制,借鉴RED算法所采用的早期拥塞检测机制,提出了DT-BLUE算法。仿真实验表明本文算法能保持队列长度的稳定性,有效降低队列空闲或溢出现象的发生,提高链路的利用率。     

基于主动队列管理算法的研究

主要对自适应虚拟队列（AVQ）算法、动态阈值（DT）算法以及队列长度阈值（QLT）分组调度算法等异同点及适用范围进行了描述,在理论上进行了分析。通过比较各个算法的优点及存在的问题,针对AVQ算法进行了改进,使其在原性能的基础上增加了区分服务的功能。基本上保持了原算法的优点,即具有低时延、低分组丢失率和高链路利用率。     

一种基于负载的公平性主动队列管理算法

针对随机早期检测（RED,Random Early Detection）算法存在的公平性问题,提出了一种基于负载的公平性主动队列管理算法（LFED）。该算法通过引入网络负载和队列这两个概念,有效地判断当前网络拥塞程度,同时使用改进的丢包率公式,并且借鉴CHOKe算法的惩罚机制对非响应流进行有效惩罚,以保证不同数据流之间的公平。仿真实验表明,与RED和CHOKe相比,LFED可以得到稳定的瞬时队列长度和减少分组丢弃率,具有较好的公平性和稳定性。     

主动队列管理中的智能分组丢弃新机制

主动队列管理通过网络中间节点有控制的分组丢弃实现了较低的排队延时和较高的有效吞吐量,是TCP端到端拥塞控制近来研究的一个技术热点.已有的大多数算法在判定分组丢弃时大都沿袭了RED的概率丢弃机制,具有一定计算复杂度的随机数生成过程不利于路由器性能的优化.在本文中,我们首先定义了拥塞指数这一新的测度变量来量化描述网络的拥塞状态.接着,利用模糊逻辑设计了一种新的智能分组丢弃机制,离线的合成推理使得分组丢弃的判定仅需要简单的查表操作和比较运算即可完成,为优化路由器的性能提供了便利.数字仿真的结果表明:智能分组丢弃机制的性能优于经典的RED算法,控制队列的能力强,鲁棒性好,稳定工作域大,能很好地抵抗突发性和非弹性业务的干扰,适合工作在瞬息万变的动态网络环境中.     

自相似流量的主动队列管理算法

该文提出了一种替代随机早期检测(RED)的主动队列管理算法：信号能量的小波分解(wavelet-decomposed signal energy, WDSE)算法。WDSE能够有效地对自相似流量进行拥塞检测和管理。采用小波的二阶子段滤波测量输入流量的能量,基于小波的多分辨率分析可以对到达流量的短期和长期波动进行预报,重新调整主动队列管理的丢弃概率。WDSE可以避免先前主动队列管理所难以解决的参数选择问题,如RED等。该文比较了WDSE和RED的动态性能,显示WDSE能够有效改善系统的暂态特性。仿真证明WDSE比RED能更快地响应负载的变化。此外,WDSE在控制瞬时队列长度的稳态值也具有更好的鲁棒性。     

一种参数自适应的主动队列管理算法-自适应BLUE

BLUE算法是一种典型的主动队列管理(Active Queue Management,AQM)算法,研究表明BLUE算法优于RED算法.BLUE算法使用丢包事件和链路空闲事件控制网络拥塞.但由于BLUE算法在参数设置方面存在不足,尤其是当TCP连接数突然剧烈变动时,容易导致队列溢出或空闲的频繁发生.该文引进参数自适应机制,提出了自适应BLUE算法,并借鉴了RED算法的早期拥塞检测机制.NS仿真实验表明该算法能有效保持队列长度的稳定,减少队列溢出或空闲现象的发生,在提高链路利用率的同时降低丢包率.     

数据流的活动队列管理算法:MBLUE

MBLUE(Modified BLUE)是一种面向数据流的活动队列管理算法.它不是使用平均队列长度指示缓冲区拥塞状态,而是使用数据报丢弃的频率和队列空闲程度来管理网络拥塞.探测瓶颈连接早期的拥塞信息,通过数据报的丢弃和标记避免拥塞.它只维护一个先进先出队列,以较少的数据流状态信息,在不同流之间公平的分配网络带宽.能够适应瞬时的猝发流,能合理控制非TCP数据流,又能够保持较短的平均队列长度,从而控制、减轻网络拥塞.通过TCP/IP网络的模拟,证实算法在公平的分配网络带宽和降低数据报的丢失率上具有较好的鲁棒性.     

基于速率的主动队列管理算法的性能分析

主动队列管理是解决网络拥塞的主要措施。针对基于队列的主动队列管理算法的不足,提出了一种基于速率的新算法RAQM,该算法以数据到达速率与路由器最大服务速率的差值为指标计算丢包概率,能够快速地对网络流量的变化做出反应,该算法计算简单,而且只需要设置一个参数K。通过现代控制理论分析了RAQM/TCP系统的稳定性。仿真结果表明,RAQM能够维持较低的队列长度并保持队列的稳定,从而减小了分组端到端时延和时延抖动。最后讨论了参数K对算法性能的影响。     

Multi-hop Multi-band Intelligent Relay-Based Architecture for LTE-Advanced Multi-hop Wireless Cellular Networks

In recent years, the cellular spectrum has become very crowded due to the tremendous success of mobile communications. However, a large portion of the electromagnetic spectrum assigned to other services is used sporadically only. A first step towards cognitive radio can be implemented in LTE-advanced networks by sensing the available frequencies and exploiting the existing radio spectrum opportunistically in order to improve its utilization. In this paper, novel multi-hop multi-band intelligent (MMI) radio architecture is proposed for LTE-advanced cellular networks that would make use of a number of intelligent gateways in order to enable simultaneous usage of spectrum resources within the same cell. It relies on a multi-band network model with increasing number of channels which exponentially reduces the time required for resource allocation. Importantly, an analytical model has been proposed to describe the effects of fading on optimum position of gateway. This model was found to have a very close match with the simulation results, in the calculation of mean, standard deviation and the statistically carried out $t$ tests. Further, the two-hop architecture provides a significant increase in the system capacity. With nine bands and 50 nodes in the network, the MMI based two-hop design provides up to 150 % higher than that offered by a single-hop cellular design and with up to 40 % higher than when a state-of-the-art two-hop routing technique is employed.